Exercice 1 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Centres étrangers (Afrique) 2026 (jour 2)

Montrer que la contraction des cellules musculaires nécessite de l'énergie provenant du glucose produit grâce à l'énergie solaire.

Réponse : Plan d'un exposé argumenté complet : Introduction : - Définir le problème : comment l'énergie lumineuse captée par les végétaux chlorophylliens est-elle convertie et transférée jusqu'à la cellule musculaire pour permettre le travail mécanique de contraction ? - Annonce des axes : conversion de l'énergie solaire en énergie chimique (glucose) ; conversion du glucose en énergie utilisable (ATP) par la cellule musculaire ; utilisation de l'ATP pour le coulissage des myofilaments. 1. De l'énergie solaire à l'énergie chimique du glucose (Photosynthèse) : - Les végétaux chlorophylliens captent l'énergie lumineuse grâce aux pigments photosynthétiques (chlorophylles des chloroplastes). - Phase photochimique (thylakoïdes) : photolyse de l'eau, libération de $O_2$, réduction de coenzymes ($RH_2$) et synthèse d'ATP. - Phase chimique (stroma, cycle de Calvin) : fixation et réduction du $CO_2$ grâce à l'ATP et aux $RH_2$ pour former des trioses phosphates, puis du glucose et des glucides complexes (amidon). - Équation globale : $6\,CO_2 + 6\,H_2O \xrightarrow{\text{lumière}} C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2$. 2. Du glucose à l'ATP dans la cellule musculaire : - Le glucose alimentaire est acheminé par voie sanguine vers les myocytes (ou issu des réserves de glycogène musculaire). - Glycolyse dans le hyaloplasme (cytoplasme) : 1 glucose $\rightarrow$ 2 pyruvates + 2 ATP + 2 $R'H_2$. - En aérobiose (effort modéré/endurance) – Respiration cellulaire dans les mitochondries : cycle de Krebs (décarboxylations et réductions) puis chaîne respiratoire sur la membrane interne (oxydation des transporteurs avec $O_2$ comme accepteur final et phosphorylation de l'ADP par l'ATP synthase). Rendement élevé (~30 à 32 ATP par molécule de glucose). - En anaérobiose (effort intense) – Fermentation lactique : réduction du pyruvate en lactate dans le hyaloplasme permettant de réoxyder les coenzymes et d'assurer une production rapide d'ATP (2 ATP par glucose). 3. Utilisation de l'ATP lors de la contraction musculaire : - Les fibres musculaires sont constituées de myofibrilles découpées en sarcomères, contenant des myofilaments fins d'actine et des filaments épais de myosine. - L'arrivée du potentiel d'action musculaire entraîne une libération de $Ca^{2+}$ depuis le réticulum sarcoplasmique, ce qui démasque les sites de liaison de l'actine. - Fixation de l'ATP sur la tête de myosine $\rightarrow$ détachement de l'actine. - Hydrolyse de l'ATP ($ATP + H_2O \rightarrow ADP + Pi$) $\rightarrow$ redressement de la tête de myosine. - Liaison de la tête de myosine sur l'actine puis libération de $Pi$ et $ADP$ $\rightarrow$ pivotement de la tête de myosine qui fait coulisser le filament d'actine vers le centre du sarcomère (raccourcissement du sarcomère = contraction mécanique). - La réitération de ce cycle nécessite un renouvellement constant d'ATP. Conclusion : - Bilan : flux continu d'énergie entre l'énergie radiative du Soleil, convertie en énergie chimique potentielle (glucose), puis en vecteur énergétique universel (ATP), converti enfin en énergie mécanique (travail musculaire) et thermique (chaleur).